Summary

의 동기화<em> Caulobacter Crescentus</em> 세균 세포주기의 조사에 대한

Published: April 08, 2015
doi:

Summary

Synchronization of bacterial cells is essential for studies of the bacterial cell cycle and development. Caulobacter crescentus is synchronizable through density centrifugation allowing a rapid and powerful tool for studies of the bacterial cell cycle. Here we provide a detailed protocol for the synchronization of Caulobacter cells.

Abstract

The cell cycle is important for growth, genome replication, and development in all cells. In bacteria, studies of the cell cycle have focused largely on unsynchronized cells making it difficult to order the temporal events required for cell cycle progression, genome replication, and division. Caulobacter crescentus provides an excellent model system for the bacterial cell cycle whereby cells can be rapidly synchronized in a G0 state by density centrifugation. Cell cycle synchronization experiments have been used to establish the molecular events governing chromosome replication and segregation, to map a genetic regulatory network controlling cell cycle progression, and to identify the establishment of polar signaling complexes required for asymmetric cell division. Here we provide a detailed protocol for the rapid synchronization of Caulobacter NA1000 cells. Synchronization can be performed in a large-scale format for gene expression profiling and western blot assays, as well as a small-scale format for microscopy or FACS assays. The rapid synchronizability and high cell yields of Caulobacter make this organism a powerful model system for studies of the bacterial cell cycle.

Introduction

박테리아 세포 사이클은 게놈의 복제와 딸 세포 분열의 양을 제어한다. 항생제 내성은 공중 보건에 대한 위협도 갈수록 증가로 중요한 것은, 세균 세포주기 항생제 개발을위한 미개척 목표를 제시한다.

세균 Caulobacter crescentus의, 각 셀은 서로 다른주기 운명 (도 1a)의 1,2- 개의 딸 세포를 수득 비대칭 분할 리드. 한 딸 셀은 편모를 상속하고 다른 딸이 줄기를 상속 고착 동안 운동성이있다. 통합 유전자 회로는 전사 조절, 인산화 신호 전달 및 조절 단백질 분해 (3)에 의한 세포주기 진행과 세포의 운명을 제어합니다. 또한, 염색체 복제 및 동시 분리 수율 딸 세포는 염색체 4의 단 하나의 복사본을 포함하고있다. 중요한 것은, 이러한 두 가지 종류의 세포는 급속 collo 의해 분리 될 수있다높은 수율 (도 1b)와 인구의 나머지 swarmer 세포의 분리를 허용하는 동기화 가능한 균주의 NA1000 5-7 idal 실리카 입자 밀도 원심. 세포 swarmer 절연 한 후 비대칭 세포 분열을 통해 동 기적으로 진행합니다. 여기서 우리는 세부 프로토콜은 Caulobacter 변형 NA1000를 동기화에 사용됩니다. 우리는 프로토콜과의 크고 작은 규모 모두 동기화에 대한 일반적인 문제 해결 팁을 제공합니다. 이 실험 절차는 Caulobacter의 세포주기 및 세포 운명의 시공간 제어를 심문 할 수있는 강력한 도구를 제공합니다.

Protocol

1. 대규모의 Synchrony – 웨스턴 블롯 (Western Blot), 마이크로 어레이 / RNA-SEQ 및 기타 재료 집중 분석 실험을위한 최적 냉동 주식이나 접시에서 PYE 매체에서 28 ° C에서 흔들어 변형 NA1000의 5 ML의 O / N 문화를 성장. M2G 25 ㎖ (표 1-2)에서 1 단계의 세포 0.5 ㎖를 접종하고, 문화는 0.5과 0.6 사이의 OD (600)에 도달 할 때까지 28 ° C에서 흔들. M2G 1 L로 세포를 접종하고 28 ° C에서 흔들…

Representative Results

높은 밀도가 swarmer 밴드, 낮은 밀도의 스토킹 / predivisional 세포 밴드 : 동기화는 일반적으로 세포의 두 밴드 (그림 1B)를 산출한다. 효율적인 동기화 공통 컨트롤 OD 600를 모니터링하고 뚜렷한 세포주기 시점에서 웨스턴 블롯 CTRA 단백질의 수준을 측정 포함되도록한다. OD (600)는 세포주기의 과정 (도 2) 동안 약 2 배 증가한다. 세포주기 마스터 레귤레이터 CTRA …

Discussion

The bacterial cell cycle is a fundamental process in life and is important for the study of growth and as a target for next generation antibiotics. Here, we detailed the rapid synchronization procedures for C. crescentus NA1000, a model organism for the study of the bacterial cell cycle and asymmetric cell division. This method is amendable to western blot, gene expression profiling, and fluorescence microscopy assays to investigate the spatiotemporal regulation of the bacterial cell cycle.

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Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The authors thank members of the Shapiro lab and Erin Schrader for comments on the manuscript. The authors acknowledge financial support from: NIH postdoctoral fellowship F32 GM100732 to JMS and NIH grants R01 GM51426 and R01 GM32506 to LS.

Materials

Name of Material/ Equipment Company Catalog Number Comments/Description
PVP Coated Colloidal Silica (Percoll) Sigma-Aldrich P4937
Colloidal Silica (Ludox AS-40) Sigma-Aldrich 420840
JA10 Rotor Beckman-Coulter 369687
JA20 Rotor Beckman-Coulter 334831
Ferrous Sulfate Chelate Solution Sigma-Aldrich F0518
30 mL Centrifuge Tubes Corning 8445
Na2HPO4 EMD SX0720-1
KH2PO4 VWR BDH9268-500G
NH4Cl Amresco 0621-500g

References

  1. McAdams, H. H., Shapiro, L. System-level design of bacterial cell cycle control. FEBS Lett. 583, 3984-3991 (2009).
  2. McAdams, H. H., Shapiro, L. The architecture and conservation pattern of whole-cell control circuitry. J. Mol. Biol. 409, 28-35 (2011).
  3. McAdams, H. H., Shapiro, L. A bacterial cell-cycle regulatory network operating in time and space. Science. 301, 1874-1877 (2003).
  4. Ptacin, J. L., Shapiro, L. Initiating bacterial mitosis: understanding the mechanism of ParA-mediated chromosome segregation. Cell Cycle. 9, 4033-4034 (2010).
  5. Evinger, M., Agabian, N. Envelope-associated nucleoid from Caulobacter crescentus stalked and swarmer cells. J. Bacteriol. 132, 294-301 (1977).
  6. Tsai, J. W., Alley, M. R. Proteolysis of the Caulobacter McpA chemoreceptor is cell cycle regulated by a ClpX-dependent pathway. J. Bacteriol. 183, 5001-5007 (2001).
  7. Marks, M. E., et al. The genetic basis of laboratory adaptation in Caulobacter crescentus. J. Bacteriol. 192, 3678-3688 (2010).
  8. Ely, B. Genetics of Caulobacter crescentus. Methods Enzymol. 204, 372-384 (1991).
  9. Williams, B., Bhat, N., Chien, P., Shapiro, L. ClpXP and ClpAP proteolytic activity on divisome substrates is differentially regulated following the Caulobacter asymmetric cell division. Mol. Microbiol. 93, 853-866 (2014).
  10. Quon, K. C., Yang, B., Domian, I. J., Shapiro, L., Marczynski, G. T. Negative control of bacterial DNA replication by a cell cycle regulatory protein that binds at the chromosome origin. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 95, 120-125 (1998).
  11. Laub, M. T., Chen, S. L., Shapiro, L., McAdams, H. H. Genes directly controlled by CtrA, a master regulator of the Caulobacter cell cycle. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 99, 4632-4637 (2002).
  12. Quon, K. C., Marczynski, G. T., Shapiro, L. Cell cycle control by an essential bacterial two-component signal transduction protein. Cell. 84, 83-93 (1996).
  13. Ferullo, D. J., Cooper, D. L., Moore, H. R., Lovett, S. T. Cell cycle synchronization of Escherichia coli using the stringent response, with fluorescence labeling assays for DNA content and replication. Methods. 48, 8-13 (2009).
  14. Degnen, S. T., Newton, A. Chromosome replication during development in Caulobacter crescentus. J. Mol. Biol. 64, 671-680 (1972).
  15. Bates, D., et al. The Escherichia coli baby cell column: a novel cell synchronization method provides new insight into the bacterial cell cycle. Mol. Microbiol. 57, 380-391 (2005).
  16. Abel, S., et al. Bi-modal distribution of the second messenger c-di-GMP controls cell fate and asymmetry during the caulobacter cell cycle. PLoS Genet. 9, e1003744 (2013).
  17. Johnson, R. C., Ely, B. Isolation of spontaneously derived mutants of Caulobacter crescentus. Génétique. 86, 25-32 (1977).
  18. Britos, L., et al. Regulatory response to carbon starvation in Caulobacter crescentus. PLoS One. 6, e18179 (2011).
  19. Boutte, C. C., Crosson, S. The complex logic of stringent response regulation in Caulobacter crescentus: starvation signalling in an oligotrophic environment. Mol. Microbiol. 80, 695-714 (2011).
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Citer Cet Article
Schrader, J. M., Shapiro, L. Synchronization of Caulobacter Crescentus for Investigation of the Bacterial Cell Cycle. J. Vis. Exp. (98), e52633, doi:10.3791/52633 (2015).

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